虛擬現(xiàn)實(shí)房間裝修中的聲學(xué)分析

摘 ?要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（下文稱虛擬現(xiàn)實(shí)為VR）技術(shù)的發(fā)展和成熟，各種VR體驗(yàn)工作室、VR訓(xùn)練環(huán)境層出不窮，在構(gòu)建VR環(huán)境的過程中處理好所涉及的聲學(xué)問題、為VR提供相匹配的三維聲效、對(duì)提升VR空間的整體效果十分重要。該文主要剖析裝修中需要注意的一些聲學(xué)問題，如體型、隔音、吸聲和音質(zhì)等，并為解決這些問題和處理好它們之間的關(guān)系提供了一些方案。

關(guān)鍵詞：裝修 ?聲學(xué) ?分析 ?調(diào)校

中圖分類號(hào)：TU238 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2020）10（a）-0011-03

Abstract： With the development and maturity of virtual reality （hereinafter referred to as VR） technology， various VR experience studios and VR training environments emerge in an endless stream. In the process of building VR environment， it is very important to deal with the acoustic problems involved， provide matching 3D acoustic effects for VR， and improve the overall effect of VR space. This paper mainly analyzes some acoustic problems in decoration， such as shape， sound insulation， sound absorption and sound quality， and provides some solutions to solve these problems and deal with the relationship between them.

Key Words： Decoration; Acoustic; Analysis; Adjustment

1 ?VR環(huán)境中的聲學(xué)客觀技術(shù)指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

在構(gòu)建VR的過程中，聲音的處理分為主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和客觀技術(shù)指標(biāo)兩個(gè)部分（見表1）。由于主觀評(píng)價(jià)因人而異很難統(tǒng)一，所以不做概述。客觀技術(shù)指標(biāo)包括聲場(chǎng)不均勻度、混響時(shí)間頻率特性、中頻（610～920Hz）混響時(shí)間、空氣聲隔聲、背景噪聲限值等方面。（1）對(duì)于聲場(chǎng)不均勻度的合理值，通過測(cè)試在常用的VR空間中，99～3999Hz范圍內(nèi)各頻帶倍頻程聲壓級(jí)最小值與最大值之間的偏離應(yīng)該低于7dB，平均值和最大值的偏離應(yīng)該低于2dB。（2）在混響時(shí)間頻率特性方面，不同頻段的混響時(shí)間頻率特性要處于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)，高頻在不超過上下限的前提下可以略低，低頻可以稍高，中頻盡量減少波折起伏。（3）中頻段的混響時(shí)間（610～920Hz）要依據(jù)不一樣的VR空間大小制定，當(dāng)空間不大于150m2時(shí)，混響時(shí)間設(shè)到0.20～0.40s，當(dāng)空間介于150～300m2時(shí)，混響時(shí)間設(shè)到0.35～0.45s，當(dāng)空間大于300m2時(shí)，混響時(shí)間設(shè)到0.4～0.5s（4）VR空間中的空氣聲隔聲指標(biāo)要求對(duì)于90dB以上的粉紅噪聲，VR體驗(yàn)區(qū)和周圍艙室的（垂直、水平）聲壓級(jí)差應(yīng)該大于51dB。（5）最后一個(gè)聲學(xué)指標(biāo)背景噪聲限值指VR空間中VR投影設(shè)備和換氣口還有冷氣機(jī)等運(yùn)行時(shí)的噪音要低于噪音曲線NC30諸頻帶的閾值，或低于34dB。

2 ?聲音質(zhì)量和體型

VR空間的體型或?qū)捀弑纫矔?huì)影響聲音的質(zhì)量，在和空間大小有關(guān)聯(lián)的一些頻率上，音波可能會(huì)前后疊加，形成共振和駐波影響聲音的重播，對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。如果在VR空間中有多種共振方式并且頻率一致，那么還會(huì)出現(xiàn)不利的并簡(jiǎn)現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)有的共振頻率失真，出現(xiàn)聲染色、低頻有嗡嗡聲。此外，擴(kuò)散體的處理和甄別以及VR空間墻壁的平行等，也會(huì)對(duì)聲音的重播造成影響。規(guī)整的幾何平面不代表就一定對(duì)聲音的重播有利，VR空間的寬高比最好不使用整數(shù)，非整數(shù)的比值對(duì)音質(zhì)的不利影響較小，可確保較高的聲音還原度（墻面形狀盡量避免使用正方形、宜使用寬高比為非正數(shù)的矩形或其他不規(guī)則形狀）。另外，我們可以在VR內(nèi)增加擴(kuò)散體以此來消滅VR空間內(nèi)產(chǎn)生的各種聲學(xué)缺陷，對(duì)由于空間狹小所導(dǎo)致的內(nèi)部聲音比較集中的問題，需要對(duì)聲音實(shí)施必要的擴(kuò)散處理，對(duì)聲音的還原重播是很有益的，例如對(duì)墻面實(shí)施凹凸化處理（見圖1），達(dá)到VR空間簡(jiǎn)正模式均勻分布進(jìn)而實(shí)現(xiàn)比較理想的線性低頻響應(yīng)聲效。

3 ?VR裝修對(duì)聲學(xué)效果的影響

裝修是否得當(dāng)對(duì)VR空間的聲音效果影響很大。適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散和空間體型，可以顯著改善簡(jiǎn)并、聚焦和回聲問題;采用吸聲特性好的裝飾材料，可以得到理想的頻率特性和混響時(shí)間;反射和吸聲材料的合理布局，可以使聲音的三維效果更加強(qiáng)烈;將吸擴(kuò)散和吸聲和合理地結(jié)合在一起，可以使聲場(chǎng)內(nèi)的分布更加均勻;最好還要做好空調(diào)等系統(tǒng)的消聲和隔聲措施，以降低VR背景噪聲干擾。

4 ?吸聲和吸聲的做法

在VR的設(shè)計(jì)過程中，聲學(xué)吸聲極為必要，對(duì)于VR中的低頻段的信號(hào)采用薄板吸聲，對(duì)中頻段的信號(hào)使用共振吸聲，對(duì)于中高頻聲音我們采用多孔吸聲方式。無損的聲音還原指VR體驗(yàn)者感受到的聲音的音色和音源發(fā)出的音色相同。對(duì)體驗(yàn)者而言VR中的聲音和AR中聲音的音色的音色應(yīng)該一致，要達(dá)到這個(gè)目的，在裝修中要確保對(duì)高、中、低頻的聲音吸聲幅度是均勻的。音樂的透明度要好，才可以清晰地表達(dá)出聲音的層次，音調(diào)高低不渾濁、細(xì)膩而明顯;低音深層厚重、中音不生硬豐滿充實(shí)、高音纖細(xì)清澈不刺耳并且諧音豐富，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，就要低中高頻的吸音量可以滿足聲音明晰的要求。如果虛擬現(xiàn)實(shí)聲音是從前后、上下、左右不同方位采集的聲音之后發(fā)送，要使VR體驗(yàn)者聽到聲音方位與目視的音源所在位置一致，就需要吸納聲音的部位能滿足聲相定位的要求。

最后，吸聲材料的選用也是有講究的，要達(dá)到較好的空間感、聲場(chǎng)影像逼真、能夠準(zhǔn)確地還原VR中的環(huán)繞音源和聲場(chǎng)空間的大小，清晰確定聲場(chǎng)的特征，則進(jìn)一步要求反射材料和吸聲材料合理分布，揚(yáng)聲器的位置和吸聲材料的分布配合得當(dāng)，只有這樣當(dāng)播放質(zhì)量較好的音源信號(hào)時(shí)，回放的聲場(chǎng)才能還原出身臨其境的效果，這就是VR中視覺和聲音的最好結(jié)合。

5 ?隔聲的重要性和應(yīng)對(duì)措施

對(duì)內(nèi)外聲音的阻隔重要性毋庸置疑，它決定VR最終音效的成敗，要求不能讓外部聲音竄入室內(nèi)，也不能夠讓內(nèi)部聲音擴(kuò)散出去。VR中的隔聲有消聲和通風(fēng)、墻體隔聲、門窗隔聲、浮筑地板隔震幾個(gè)方面。浮筑地板隔震的方法是先鋪隔離墊再在上面澆注水泥砂漿，這樣以有效減少聲音外泄，具體見圖2。處理門窗隔聲問題，采用減少門窗縫隙、設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu)構(gòu)成聲閘、設(shè)置雙道門、增加門窗厚度等常規(guī)方法，通風(fēng)方面使用消音器來禁止聲音的干擾和外泄。

6 ?結(jié)語

VR的實(shí)現(xiàn)過程中的聲學(xué)處理和裝修對(duì)VR的聲覺體驗(yàn)效果很重要，處理好VR中的聲音吸收、聲音阻隔、VR體型、和音質(zhì)方面的問題，是VR是否能滿足完美效果的重點(diǎn)，在VR的音學(xué)處理和裝修過程中需要足夠重視。最后，裝修設(shè)計(jì)要和音學(xué)效果相適應(yīng)，既要美觀還要兼顧優(yōu)秀的音質(zhì)，這才是一個(gè)完美的VR。

參考文獻(xiàn)

[1] 燕翔.小型影院設(shè)計(jì)中的裝修與聲學(xué)當(dāng)中關(guān)鍵剖析[J].家庭影院技術(shù)，2016（7）：102-103.

[2] 魏彤，吳彥琴，桑晉秋，等.雙揚(yáng)聲器近場(chǎng)聲源重放實(shí)驗(yàn)研究[J].應(yīng)用聲學(xué)，2020，39（2）：178-188.

[3] 謝輝，吳會(huì)飛，鄧智驍.大中型報(bào)告廳的建筑聲學(xué)改造技術(shù)研究[J].聲學(xué)技術(shù)，2018，37（4）：337-343.

[4] 鐘爭(zhēng)平.多媒體教室音頻系統(tǒng)的調(diào)校[J].科技資訊，2019，17（23）：252-253.

[5] 杜俊廷，岳凱，施宗楠.淺析司機(jī)室噪聲控制方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（29）：52-53.

[6] 張玉軍，邢輝，洪增.沉浸式虛擬戰(zhàn)場(chǎng)3維音效仿真研究[J].兵工自動(dòng)化，2017，36（1）：59-63.